本發(fā)明涉及一種自主定位及自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV,Automatic Guided Vehicle)是指具有電磁或光學(xué)導(dǎo)引裝置，能夠按照預(yù)定路線行走，具有運(yùn)行和停車裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載功能的運(yùn)輸小車。

自動(dòng)導(dǎo)引車按照導(dǎo)引方式的不同，可分為固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引。固定路徑導(dǎo)引是指在固定的路線上設(shè)置導(dǎo)引用的信息媒介物，自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)車通過(guò)檢測(cè)出它的信息而得到導(dǎo)引的方式，比如電磁引導(dǎo)、光學(xué)引導(dǎo)、磁帶引導(dǎo)。而自由路徑導(dǎo)引是指自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)車根據(jù)要求隨意改變行駛路線。這種導(dǎo)引方式是在自動(dòng)導(dǎo)引車上儲(chǔ)存好作業(yè)環(huán)境信息，通過(guò)識(shí)別車體當(dāng)前的位置，與環(huán)境信息對(duì)照，自主的決定路徑的導(dǎo)引方式。如推算導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、環(huán)境映射法導(dǎo)引、激光導(dǎo)引[1]。然而此方法路線固定，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)路線外的移動(dòng)與動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。本發(fā)明中智能車的運(yùn)行路徑根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置計(jì)算得到，不需預(yù)設(shè)路線，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。

目前，自動(dòng)導(dǎo)引車領(lǐng)域比較成熟的應(yīng)用是亞馬遜的Kiva機(jī)器人[2]，亞馬遜公司將其用來(lái)搬運(yùn)貨物，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化。Kiva機(jī)器人由資源調(diào)度模塊、路徑規(guī)劃模塊、處理器、存儲(chǔ)器、交互界面以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。其將工作區(qū)域分割為合適形狀、略大于機(jī)器人的小塊。Kiva機(jī)器人通過(guò)掃描地面上的條碼來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的定位，行動(dòng)路線和速度等由中央計(jì)算機(jī)控制。該機(jī)器人還配備了最新視覺(jué)系統(tǒng)，利用條碼來(lái)追蹤貨架上的商品。這是一種基于二維碼掃描的被動(dòng)定位方法，且把整個(gè)機(jī)器人當(dāng)做一個(gè)整體來(lái)定位，而本發(fā)明將四個(gè)車輪分別進(jìn)行定位和控制。

[參考文獻(xiàn)]

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在完成一套基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以應(yīng)用在需要實(shí)現(xiàn)物品或人員自動(dòng)運(yùn)送的場(chǎng)合，如工廠、辦公樓、家庭等環(huán)境。在通過(guò)GPS或RFID等方式給定車輛的初始位置和方向后，利用運(yùn)動(dòng)、測(cè)距、圖像等多種多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，與建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖等信息進(jìn)行比對(duì)與計(jì)算，從而完成動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)并確定車體在地圖上的位置。同時(shí)配合電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無(wú)線通信、圖像識(shí)別、運(yùn)動(dòng)傳感等功能模塊，完成各個(gè)車輪的分別定位和控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能車輛的定位、路徑規(guī)劃、自由移動(dòng)、智能避障、相互通信等功能。本系統(tǒng)可以由手機(jī)、平板電腦、臺(tái)式機(jī)等智能終端通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和分配任務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能車系統(tǒng)的可視化和實(shí)時(shí)控制。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)，包括均分別與中央處理器相連的信息儲(chǔ)存模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、定位模塊、感知模塊和交互通信模塊，所述中央處理器、驅(qū)動(dòng)模塊和定位模塊用于實(shí)現(xiàn)智能車輛的定位導(dǎo)航和移動(dòng)，所述感知模塊用于實(shí)現(xiàn)智能車輛的平穩(wěn)控制，所述交互通信模塊用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；所述智能車輛的轉(zhuǎn)向采用差速轉(zhuǎn)向，智能車輛的每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)分別由獨(dú)立的電機(jī)控制，所述電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制；所述定位模塊包括至少由運(yùn)動(dòng)傳感裝置、測(cè)距傳感裝置、圖像傳感裝置、RFID裝置和GPS系統(tǒng)；每個(gè)車輪處均分別安裝有所述運(yùn)動(dòng)傳感裝置和測(cè)距傳感裝置，各車輪的數(shù)據(jù)采集相對(duì)獨(dú)立；所述RFID裝置包括RFID接收模塊和多個(gè)RFID發(fā)射模塊，所述RFID接收模塊設(shè)置在車輛上，多個(gè)RFID發(fā)射模塊均布置在建筑物內(nèi)的不同位置；所述感知模塊用于實(shí)現(xiàn)智速度感知、地面感知和高度變化感知，其中：所述速度感知采用編碼盤或速度計(jì)運(yùn)動(dòng)傳感元件實(shí)現(xiàn)，用于感知車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以便實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的控制和速度反饋控制；所述地面感知采用圖像傳感器或紅外傳感器實(shí)現(xiàn)，用于感知地面的材質(zhì)和平整度；所述高度變化感知采用加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)，從而判斷智能車輛每個(gè)車輪所在區(qū)域的路面平整狀況，從而為車輪的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)支持；所述交互通信模塊包括通信子模塊和人機(jī)交互子模塊，其中，通信子模塊用于遠(yuǎn)程控制端與中央處理器之間的通訊，負(fù)責(zé)傳輸任務(wù)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，還用于在多個(gè)智能車系統(tǒng)之間進(jìn)行交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，以防止路線發(fā)生沖突；所述人機(jī)交互自模塊包括輸入/輸出單元，用于人工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能車系統(tǒng)進(jìn)行控制和參數(shù)的設(shè)定；所述中央處理器用于收集其他所有模塊所采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、交互通信模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信息，并通過(guò)人機(jī)交互子模塊向用戶輸出信息。

利用上述基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的過(guò)程，包括以下步驟：

步驟一、廣義電子地圖的獲?。簭V義電子地圖是指以電子方式存儲(chǔ)的用于智能車系統(tǒng)在室內(nèi)場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的建筑結(jié)構(gòu)圖和智能車在室外場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的電子地圖；所述電子地圖上還記載有障礙物、標(biāo)志物、運(yùn)動(dòng)限制、路面狀況和校準(zhǔn)點(diǎn)；在導(dǎo)航工作之前，將廣義電子地圖導(dǎo)入智能車系統(tǒng)的信息儲(chǔ)存模塊中，并根據(jù)廣義電子地圖與實(shí)際位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立絕對(duì)坐標(biāo)系，以便運(yùn)行時(shí)讀取與利用；

步驟二、車輛初始位置信息的獲取與定位校準(zhǔn)，車輛初始位置信息采用GPS或RFID方法獲得，所述定位模塊中的所有傳感器進(jìn)行自主計(jì)算定位，計(jì)算出車輛在一定時(shí)間內(nèi)的位移及運(yùn)動(dòng)方向，并且間隔一定時(shí)間或距離采用GPS或RFID方法并借助外部的定位基準(zhǔn)來(lái)修正車輛的當(dāng)前位置，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；與此同時(shí)，利用建筑結(jié)構(gòu)圖上的障礙信息和通道信息，將智能車可能的運(yùn)動(dòng)方向和范圍限定在一定范圍內(nèi)，并根據(jù)智能車已走過(guò)的歷史路徑信息對(duì)車輛的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行連續(xù)處理，得到智能車在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)所在位置的可能范圍；

步驟三、獲取車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)：車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)通過(guò)初始位置信息和自主計(jì)算定位及動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的結(jié)果獲得，目標(biāo)坐標(biāo)根據(jù)實(shí)際需要由上層控制系統(tǒng)給定；

步驟四、動(dòng)態(tài)規(guī)劃行駛路線：在獲得初始位置和目標(biāo)位置后，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后，采用雙向A*算法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路線規(guī)劃，當(dāng)車輛位置與預(yù)設(shè)行駛路線偏離大于2-10m時(shí)，根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)和目標(biāo)位置坐標(biāo)重新規(guī)劃路線，實(shí)現(xiàn)路線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃；路線規(guī)劃的策略選擇路程最短路線、最平穩(wěn)路線和速度最快路線中的一種；動(dòng)態(tài)規(guī)劃行駛路線實(shí)現(xiàn)車輛的總體行駛控制，其中，配合車輪感知實(shí)現(xiàn)車輛在局部區(qū)域內(nèi)行駛路線控制。

進(jìn)一步講，本發(fā)明基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航過(guò)程中，步驟四中所涉及到的車輪感知包括車輪速度的感知、地面的感知和高度變化的感知，其中：

車輪速度的感知是根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度與預(yù)設(shè)速度的差異及時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度盡可能解禁預(yù)設(shè)值，從而實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制；

地面的感知是借助圖像傳感器實(shí)時(shí)采集車輛前方的圖像，交給中央處理器根據(jù)圖像處理算法進(jìn)行處理，識(shí)別車輛運(yùn)行前方地面是否平整，地面何材質(zhì)，以便控制該系統(tǒng)提前采取相應(yīng)的控制措施；對(duì)于不平整的地面，車輛根據(jù)不平整區(qū)域的面積和粗糙程度來(lái)決定是否繞行；根據(jù)材質(zhì)的識(shí)別預(yù)估車輪與地面的摩擦系數(shù)，從而采取不同的速度控制策略；

高度變化的感知即車輪顛簸振動(dòng)幅度的感知，當(dāng)車輛行駛至不平整路面是，設(shè)置在車輪處的加速度計(jì)的輸出會(huì)出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)，據(jù)此系統(tǒng)采取減速處理，以減少顛簸振動(dòng)對(duì)車輛的的影響，若只有部分車輪出現(xiàn)顛簸振動(dòng)，則根據(jù)顛簸車輪的分布判斷出那邊的道路較為平整，進(jìn)而引導(dǎo)車輛向平整的方向行駛。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

相比于已有的AGV系統(tǒng)，本發(fā)明具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

第一，本發(fā)明采用基于建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖計(jì)算的定位方法。這種定位方式不依賴電磁波，不會(huì)受到電磁干擾。僅通過(guò)自身的運(yùn)動(dòng)等傳感裝置完成位移等的計(jì)算，并根據(jù)RFID等動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比建筑機(jī)構(gòu)圖或電子地圖等的信息完成位置的計(jì)算，做到基于計(jì)算的自主式定位。由于建筑結(jié)構(gòu)圖以及電子地圖等都是已有信息，因此也需要預(yù)先進(jìn)行測(cè)繪等工作。具有可移植性強(qiáng)、應(yīng)用簡(jiǎn)單快速的特點(diǎn)。

第二，本發(fā)明具有智能路徑選擇和規(guī)劃功能。目前市面上多數(shù)智能車都是使用預(yù)先鋪設(shè)在地面上的路線圖案，然后利用圖像處理等方式識(shí)別路線并循跡行駛。如果遇見(jiàn)預(yù)設(shè)路線上有障礙等不能繼續(xù)前進(jìn)的情況，只能停止工作。而本發(fā)明只需預(yù)先載入室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖，并配以避障和障礙報(bào)警系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)車輛的自主路線規(guī)劃和導(dǎo)航，不受制于既定路線，工作起來(lái)更加智能和高效。

第三，實(shí)現(xiàn)了車輪的獨(dú)立感知與控制。傳統(tǒng)的智能車系統(tǒng)受路線、路徑算法等的限制，往往能完成任務(wù)但對(duì)路面情況無(wú)應(yīng)對(duì)能力，在存在非平整路面的情況下很容易造成運(yùn)送物品的損壞。本發(fā)明通過(guò)多種方式對(duì)車輪和車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感知，實(shí)現(xiàn)了局部區(qū)域的路線優(yōu)化和控制優(yōu)化，從而更加平穩(wěn)、安全的運(yùn)送人員和貨物。

附圖說(shuō)明

圖1是基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說(shuō)明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明提出的一種基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)，包括均分別與中央處理器相連的信息儲(chǔ)存模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、定位模塊、感知模塊和交互通信模塊，當(dāng)然，也可以根據(jù)需要添加其他功能模塊。

所述中央處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和定位模塊是基本功能模塊，用于實(shí)現(xiàn)智能車輛的定位導(dǎo)航和移動(dòng)。

智能車輛的每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)分別由獨(dú)立的電機(jī)控制，所述電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制。綜合考慮車輛的平穩(wěn)性和轉(zhuǎn)向特性，車體采用四輪設(shè)計(jì)，尺寸由實(shí)際需要確定。車輛的動(dòng)力來(lái)源采用步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)的設(shè)計(jì)，且這樣做綠色環(huán)保，不造成尾氣排放等污染。每個(gè)電機(jī)控制一個(gè)輪子的運(yùn)動(dòng)。多電機(jī)的設(shè)計(jì)可以保證車輛的平穩(wěn)運(yùn)行和包括轉(zhuǎn)向在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)精確控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，如L298N，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。以采用直流電機(jī)為例，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，即L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以分別從IN1、IN2輸入PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，同理可以分別從IN3、IN4輸入PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)另一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。所述智能車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)采用差速轉(zhuǎn)向的方案。所謂的差速，是指左右兩車輪的速度差，假如左邊車輪比右邊的快，則小車會(huì)偏向右。反之，左車輪轉(zhuǎn)速比右輪的轉(zhuǎn)速慢，那么小車會(huì)向左邊轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，分別控制左側(cè)右側(cè)的電機(jī)以相同的速度正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)車輛任意角度的轉(zhuǎn)向。

所述定位模塊包括至少由運(yùn)動(dòng)傳感裝置、測(cè)距傳感裝置、圖像傳感裝置、RFID裝置和GPS系統(tǒng)；特別強(qiáng)調(diào)的是定位模塊所用到的傳感裝置包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感裝置(例如速度計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀及各種新型運(yùn)動(dòng)傳感器等)、測(cè)距傳感裝置(例如紅外測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、超聲測(cè)距儀及各種新型測(cè)距傳感器等)、圖像傳感裝置(例如攝像頭等)等。每個(gè)車輪處均分別安裝有所述運(yùn)動(dòng)傳感裝置和測(cè)距傳感裝置，各車輪的數(shù)據(jù)采集相對(duì)獨(dú)立。所述RFID裝置包括RFID接收模塊和多個(gè)RFID發(fā)射模塊，使用RFID的方法進(jìn)行車輛初始位置的確定與定位校準(zhǔn)僅適用于室內(nèi)環(huán)境，因此，所述RFID接收模塊設(shè)置在車輛上，多個(gè)RFID發(fā)射模塊也僅安裝在建筑物內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)功能，需要在建筑物內(nèi)的不同位置安裝RFID發(fā)射模塊。RFID發(fā)射模塊的具體安裝位置一般由對(duì)定位精度的要求和實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)確定。從間隔上來(lái)講，對(duì)定位精度要求越高，則RFID發(fā)射模塊之間的間距應(yīng)該越小，用以在單位時(shí)間內(nèi)達(dá)到更高的校準(zhǔn)次數(shù)。另外，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)，在通道、房間等的出入口處也應(yīng)該安裝RFID發(fā)射模塊，因?yàn)檫@些位置可以為人員的位置提供一個(gè)范圍。

所述感知模塊用于實(shí)現(xiàn)智能車輛的平穩(wěn)控制，所述感知模塊用于實(shí)現(xiàn)智速度感知、地面感知和高度變化感知等.其中：所述速度感知是用于感知車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以便實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的控制和速度反饋控制，該功能可以用編碼盤或速度計(jì)等運(yùn)動(dòng)傳感元件實(shí)現(xiàn)。所述地面感知用于感知地面的平整度的材質(zhì)等，可以利用圖像傳感器或紅外傳感器實(shí)現(xiàn)。所述高度變化感知是指由于地面或其他因素導(dǎo)致的車體上下顛簸，由分布在各個(gè)車輪的高度變化感知元件得出是哪個(gè)(或哪幾個(gè))車輪所在區(qū)域的路面不平整，從而為車輪的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)支持，高度變化的感知可以由加速度計(jì)等運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)。除圖像傳感器屬于與其他系統(tǒng)共用，其他的傳感器均應(yīng)安裝在各個(gè)車輪處，且數(shù)據(jù)的采集相對(duì)獨(dú)立。

所述交互通信模塊用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。所述交互通信模塊包括通信子模塊和人機(jī)交互子模塊，其中，通信子模塊用于遠(yuǎn)程控制端與中央處理器之間的通訊，負(fù)責(zé)傳輸任務(wù)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，還用于在多個(gè)智能車系統(tǒng)之間進(jìn)行交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，以防止路線發(fā)生沖突；所述人機(jī)交互自模塊包括輸入/輸出單元(鍵盤、麥克、顯示屏、揚(yáng)聲器等)，用于人工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能車系統(tǒng)進(jìn)行控制和參數(shù)的設(shè)定。

所述中央處理器用于收集其他所有模塊所采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、交互通信模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信息，并根據(jù)定位結(jié)果通過(guò)人機(jī)交互子模塊向用戶輸出信息。

利用上述基于感知和自主計(jì)算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的過(guò)程主要是在完成上述硬件系統(tǒng)配置后，在中央處理器中寫入定位導(dǎo)航算法。系統(tǒng)使用前，需要將使用地點(diǎn)相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖信息導(dǎo)入系統(tǒng)，以便系統(tǒng)的定位和路線規(guī)劃操作。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由于本設(shè)計(jì)采用基于計(jì)算和自主推算定位的定位算法，所以首先要由人工或相應(yīng)的定位基準(zhǔn)給定智能車所在的初始位置信息，作為之后定位的基準(zhǔn)。然后，由路線規(guī)劃算法利用建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖信息和目的地坐標(biāo)規(guī)劃出車輛計(jì)劃行駛的路線。最后交由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行該移動(dòng)路線，并在移動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算位置信息并反饋，直至完成任務(wù)。具體步驟如下：

步驟一、廣義電子地圖的獲?。簭V義電子地圖是指以電子方式存儲(chǔ)的用于智能車系統(tǒng)在室內(nèi)場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的建筑結(jié)構(gòu)圖和智能車在室外場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的電子地圖等；在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，此類信息易于獲取。此外，還可根據(jù)需要在所述電子地圖上還記載有障礙物、標(biāo)志物、運(yùn)動(dòng)限制、路面狀況和校準(zhǔn)點(diǎn)等信息；在導(dǎo)航工作之前，應(yīng)將廣義電子地圖信息導(dǎo)入智能車系統(tǒng)的信息儲(chǔ)存模塊中，并根據(jù)廣義電子地圖與實(shí)際位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立絕對(duì)坐標(biāo)系，以便運(yùn)行時(shí)讀取與利用。

步驟二、車輛初始位置信息的獲取與定位校準(zhǔn)，由于本系統(tǒng)采取了一種基于計(jì)算的自主定位方式，所以在系統(tǒng)開(kāi)始自主定位于導(dǎo)航前必須獲取初始位置信息。綜合本發(fā)明的使用范圍與使用環(huán)境，本系統(tǒng)可采取以下兩種方式獲取初始位置信息。

一種是基于衛(wèi)星定位的方法。該方法充分利用已有的衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)，如GPS(Global Satellite Positioning，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。該方法具有定位速度快、覆蓋區(qū)域廣的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋較差的室內(nèi)環(huán)境無(wú)法達(dá)到很好的效果，所以該方法主要應(yīng)用于室外環(huán)境。使用該方法需要在智能車系統(tǒng)上加裝相應(yīng)的衛(wèi)星定位信號(hào)接收模塊。

另一種是利用RFID(Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別)的方法。使用該方法需要預(yù)先在需要定位的范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際需要布設(shè)一定數(shù)量的RFID發(fā)射模塊，并在電子地圖信息上標(biāo)記其位置，并在智能車系統(tǒng)上安裝相應(yīng)的接收模塊。這樣可以通過(guò)射頻信號(hào)的強(qiáng)度等信息判斷當(dāng)前位置。

在本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境至少采用以上的一種或幾種方式進(jìn)行初始位置信息的給定。

由于本發(fā)明采用系統(tǒng)本身攜帶的所述定位模塊中的各類傳感器的信息進(jìn)行自主計(jì)算定位，計(jì)算出車輛在一定時(shí)間內(nèi)的位移及運(yùn)動(dòng)方向，所以定位誤差或隨著時(shí)間的積累而逐步增加。所以需要間隔一定時(shí)間或距離就對(duì)定位進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的方法即采用GPS或RFID方法并是借助外部的定位基準(zhǔn)來(lái)修正車輛的當(dāng)前位置，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；其方法可以采用與初始位置信息獲取相同的方法。

實(shí)時(shí)位置計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)源于定位模塊中的各類傳感器，包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感器(比如速度計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀及各種新型運(yùn)動(dòng)傳感器等)、測(cè)距裝置(比如紅外測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、超聲測(cè)距儀及各種新型運(yùn)動(dòng)傳感器等)、圖像傳感裝置(攝像頭等)等。通過(guò)上述傳感器的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)一定的方法計(jì)算出物體在一定時(shí)間內(nèi)的位移。

如根據(jù)加速度的定義可以知道，速度是加速度計(jì)對(duì)時(shí)間的積分，而位移是速度對(duì)時(shí)間的積分。即加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分就可以計(jì)算出物體的位移。所以，通過(guò)加速度計(jì)獲得實(shí)時(shí)加速度值，然后經(jīng)過(guò)處理器對(duì)其做兩次積分，即可計(jì)算出位移的距離。同時(shí)，根據(jù)陀螺儀等方向測(cè)定器件，實(shí)時(shí)檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的角速度，并實(shí)時(shí)計(jì)算物體的運(yùn)動(dòng)方向。

測(cè)距傳感裝置可以通過(guò)識(shí)別物體到固定參照物的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)位置的計(jì)算并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。所謂固定參照物，即地圖信息上有固定位置的物體，這些物體的位置固定，不會(huì)輕易改變，例如建筑中的門、窗、墻壁等物體。

與此同時(shí)，利用建筑結(jié)構(gòu)圖上的障礙信息和通道信息以及其他必要信息，，將智能車可能的運(yùn)動(dòng)方向和范圍限定在一定范圍內(nèi)，并根據(jù)智能車已走過(guò)的歷史路徑信息對(duì)車輛的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行連續(xù)處理，得到智能車在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)所在位置的可能范圍；

這樣，利用運(yùn)動(dòng)傳感器可以得知智能車相對(duì)初始位置的位移，利用測(cè)距傳感器可測(cè)量智能車到固定參照物(如墻壁等)的距離，結(jié)合通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)圖和歷史路徑獲取的信息，即可較為精確的確定智能車的位置。

步驟三、當(dāng)前位置坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)是用于路線規(guī)劃與導(dǎo)航的必要信息。當(dāng)前位置坐標(biāo)信息可以通過(guò)初始位置信息、自主計(jì)算定位以及動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)等信息獲得。目標(biāo)坐標(biāo)則可以根據(jù)實(shí)際需要由上層控制系統(tǒng)給定。

步驟四、動(dòng)態(tài)規(guī)劃行駛路線：在獲得初始位置和目標(biāo)位置后，即可將路線規(guī)劃工作交給定位算法。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后，即可采用目前已經(jīng)較為成熟的雙向A*算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行路線規(guī)劃，當(dāng)車輛位置較大的偏離(偏離大于2-10m時(shí))預(yù)設(shè)行駛路線時(shí)，根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)和目標(biāo)位置坐標(biāo)重新規(guī)劃路線，實(shí)現(xiàn)路線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃；路線規(guī)劃的策略選擇路程最短路線、最平穩(wěn)路線(避開(kāi)已知顛簸路面和障礙)和速度最快路線等中的一種。

本發(fā)明中，動(dòng)態(tài)規(guī)劃行駛路線實(shí)現(xiàn)車輛的總體行駛控制，而配合車輪感知實(shí)現(xiàn)車輛在局部區(qū)域內(nèi)行駛路線控制。本發(fā)明的多種應(yīng)用方式(如大型貨物運(yùn)輸、人員運(yùn)輸?shù)?中，車體尺寸較大，因此，對(duì)智能車系統(tǒng)整體的定位導(dǎo)航精度并不能滿足對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的需要。因此，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車系統(tǒng)整體的定位，也可以在移動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)車輪的分別感知與控制。因此，本發(fā)明在設(shè)計(jì)上是各個(gè)車輪采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制，所以為車輪的獨(dú)立控制提供了可能。需要指出的是，通過(guò)車輪感知實(shí)現(xiàn)的控制只是一種局部區(qū)域的控制，總體行駛的路線還應(yīng)遵循路徑規(guī)劃導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)。

感知所獲得的數(shù)據(jù)可以隨位置數(shù)據(jù)捆綁在一起，處理后加入到建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖的信息中，從而優(yōu)化路徑規(guī)劃的過(guò)程。

車輪的獨(dú)立控制的目的是在保證智能車系統(tǒng)平穩(wěn)、安全的狀態(tài)下，盡可能快速的完成任務(wù)。

首先是對(duì)速度的控制，速度對(duì)車輛運(yùn)行的平穩(wěn)與安全有著重要的影響。首先是各個(gè)車輪速度控制的精度。由驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)電機(jī)的控制有可能因?yàn)橥饨缫蛩氐挠绊懚a(chǎn)生差異，造成各個(gè)車輪之間的速度差異，從而引起車輛運(yùn)行不平穩(wěn)，方向偏離，車輪磨損等后果。速度的感知就是為了速度的閉環(huán)控制，從而根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度與預(yù)設(shè)速度的差異及時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度盡可能解禁預(yù)設(shè)值，從而實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。

地面的感知是借助圖像傳感器實(shí)時(shí)采集車輛前方的圖像，交給中央處理器根據(jù)圖像處理算法進(jìn)行處理，識(shí)別車輛運(yùn)行前方地面是否平整，是何材質(zhì)等，以便控制該系統(tǒng)提前采取相應(yīng)的控制措施；對(duì)于不平整的地面，車輛根據(jù)不平整區(qū)域的面積和粗糙程度來(lái)決定是否繞行；根據(jù)材質(zhì)的識(shí)別預(yù)估車輪與地面的摩擦系數(shù)，從而采取不同的速度控制策略；

采用圖像處理的方法并不能識(shí)別出所有不平整路面，所以就需要車輪同時(shí)具有高度變化(車輪顛簸振動(dòng)幅度)感知的功能。當(dāng)車輛行駛至不平整路面是，設(shè)置在車輪處的傳感器(如加速度計(jì)等)的輸出會(huì)出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)，據(jù)此，中央控制器可以采取相應(yīng)措施。如，減速處理，以減少顛簸振動(dòng)對(duì)運(yùn)輸貨物或人員的影響。又如，若只有部分車輪出現(xiàn)顛簸，則可以根據(jù)顛簸車輪的分布判斷出那邊的道路較為平整，進(jìn)而引導(dǎo)車輛向平整的方向行駛。

上述車輪感知與控制只是用于局部區(qū)域的路線和控制優(yōu)化，整體的路線規(guī)劃與導(dǎo)航仍用路徑規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。